Questo articolo è stato inserito nella sezione d'archivio "Radiazioni di fondo: quante sono?"

Il satellite Planck non distrugge soltanto teorie (come appena raccontato), ma favorisce indirettamente le future osservazioni spostando in avanti l’accensione delle prime stelle. Uno spostamento di un centinaio di milioni di anni sembrerebbe poca cosa, ma può, invece, essere importantissimo per i telescopi di nuova generazione. Ancora una volta l’informazione deriva dalla QED, ossia dall’interazione tra fotoni ed elettroni. Sono particelle che amano lasciare un segno piuttosto chiaro delle loro avventure e i telescopi non si fanno scappare queste “indiscrezioni”.

La raffinatezza delle osservazioni di Planck ha dato un brutto colpo alle speranze di individuare nel rumore cosmico di fondo i flebili segnali delle onde gravitazionali primigenie (NEWS! Rilevate le onde gravitazionali generate dalla fusione di due buchi neri). Ci saranno senz’altro, ma l’inflazione non le ha amplificate a sufficienza per superare il rumore che le avvolge. Un vero peccato e bisogna attendere strumenti ancora più sofisticati.

Nel frattempo, però, Planck ha stabilito altre regole che vanno contro le idee correnti delle fasi precedenti e antecedenti la fase oscura dell’Universo, quella in cui le prime stelle e galassie erano in gestazione. In altre parole, la gravidanza stellare è durata di più… Una notizia, questa, che può far piacere dato che sposta verso di noi il momento delle prime nascite e le rende più “facilmente” osservabili, soprattutto con i telescopi di futura generazione. Assistere al primo parto stellare è un’emozione che sarebbe stato un vero peccato perdersi per colpa della nebbia…

Approfittiamo dei nuovi dati di Planck per fare una breve storia di questa fase così importante e decisiva dell’Universo. Gli attori principali sono sempre e soltanto loro: fotoni ed elettroni, incapaci, per nostra fortuna, di non stuzzicarsi a vicenda e di non mandare segnali di questa loro continua interazione (perfettamente descritta da Feynman nella QED).

Sono passati solo pochi secondi dalla nascita dell’Universo, qualsiasi sia stata la “scintilla” iniziale. Vi è già stata l’inflazione e la materia si è divisa dall’energia e in particolare dalla “luce”. Può iniziare la pacifica battaglia tra elettroni e fotoni. Purtroppo, benché il Cosmo si sia già espanso di molto, lo spazio a disposizione è molto piccolo per tutte quelle particelle che si sono formate e che si agitano in modo impressionante (la temperatura è altissima). I fotoni colpiscono gli elettroni e questi colpiscono i fotoni a un ritmo mostruoso. Il troppo stroppia. In quel caos niente può mantenere il ricordo di ciò che ha appena fatto, dato che avviene immediatamente un nuovo incontro. Inoltre ogni strada per uscire è preclusa. L’Universo è qualcosa di simile al “miele” e niente riesce a “sganciarsi” da quella materia così densa. Forse solo i neutrini e si spera di poterli, un giorno o l’altro, riconoscere e studiare.

Finalmente, il miele diventa molto meno denso e si creano spazi in cui i fotoni possono intrufolarsi e uscire allo scoperto. E’ il momento in cui anche gli elettroni riescono ad accasarsi attorno ai nuclei atomici. Un momento di calma che permette alla luce di iniziare il viaggio verso di noi. Sono fotoni che hanno sicuramente subito scontri molto frequenti con i loro amici-nemici e che si portano dietro i segni dell’ultima battaglia, come fossero medaglie al valore. Questi segni li possiamo chiamare polarizzazione, ossia i fotoni, nella loro apparenza di onde, vibrano secondo piani prestabiliti.

E’ il momento magico della radiazione cosmica di fondo, quella che Planck riesce a leggere e a studiare (perché riusciamo a studiarla? E’ solo un caso fortunato o no? La risposta la trovate QUI). In realtà, vede anche le fluttuazioni di temperatura che indicano chiaramente i semi di materia che porteranno alle stelle e alle galassie. E’ una vibrazione tenue e appena percettibile, ma che permette di “vedere” e studiare quel momento così prezioso. Di vederlo e anche di datarlo attraverso misure estremamente accurate. Addirittura si può anche valutare il tasso di espansione dello spazio che quei fotoni, con il loro pacchetto di memoria, hanno attraversato prima di giungere fino a noi (come uno di essi, che ci ha raggiunto dopo 7,5 miliardi di anni, ci ha raccontato)

Inizia la fase dello spegnimento della luce: i fotoni nati negli ultimi attimi di interazione con gli elettroni si esauriscono, ma la materia è ancora inerte e non riesce a liberare i suoi elettroni e farli nuovamente giocare tra di loro e creare i loro amici fotoni. E’ un momento di stasi, di buio, di attesa. Poi le stelle si accendono, si creano nuovi fotoni e gli scontri tra loro e gli elettroni riprendono. Non sono più così frequenti come nelle fasi precedenti, ma più che sufficienti a segnare con la polarizzazione i fotoni che si lanciano verso il futuro in un Universo che sta cambiando completamente veste e aspetto.

La nebbia sparisce e le stelle e le galassie dominano la scena in un Cosmo completamente trasparente. Siamo intorno ai 900 milioni di anni dopo l’inizio di tutto. Il rumore cosmico di fondo si riferisce, invece, come ben sappiamo, a 380 000 anni dopo il Big Bang.

Un intervallo non certo trascurabile, dove i semi diventano corpi celesti, le fluttuazioni di temperatura si trasformano in ammassi di gas autosufficienti a creare energia. Un periodo, però, che rimane alquanto misterioso, in attesa di poterlo leggere nella riga a 21 cm dell’idrogeno (ne abbiamo parlato QUI e QUI). Un periodo che ha bisogno di una tempistica perfetta.

I dati ottenuti finora farebbero pensare a un inizio della fase di nuovo illuminamento (reionizzazione) intorno ai 450 milioni di anni. In realtà le osservazioni più “profonde” potrebbero far pensare a galassie in via di formazione già a partire da 300 - 400 milioni di anni dopo il Big Bang (NEWS!! Hubble osserva una galassia in piena fase oscura, a circa 400 milioni di anni dopo il Big Bang). Galassie già nate, ma non certo abbastanza "adulte" da far nascere stelle in grado di innescare la reionizzazione. Per accettare questa data di inizio le stelle non basterebbero e ci vorrebbe una sorgente energetica alternativa e misteriosa.

Mamma mia, vi sono già troppe “cose” oscure nel Cosmo e questa non ci voleva proprio. L’ideale sarebbe dare più tempo alle prime galassie per accendere le loro prime luci, in modo da acquistare potenza e poter veramente inondare il cosmo di fotoni capaci di illuminarlo. Insomma, le prime stelle dovrebbero nascere almeno cento milioni di anni più tardi. Una differenza piccola (apparentemente), ma cruciale, perché se la reionizzazione ha avuto inizio più tardi, allora è plausibile che a provocarla siano state sufficienti le prime stelle senza far ricorso a nuove fonti energetiche di cui non si ha conoscenza.

Planck, studiando la polarizzazione dei fotoni legati alla reionizzazione, ha confermato questo spostamento in avanti. Un grande aiuto perché 100 milioni di anni in meno da percorrere possono essere fondamentale per i ricevitori di nuova generazione.

Assistere ai primi parti stellari è diventato più facile…

In attesa di assistere al primo parto stellare, godiamoci la scoperta di una stella nata 13 miliardi di anni fa e delle sue gigantesche mamme (QUI), oltre a quella delle galassie “pisello verde” che, forse, hanno liberato l’Universo dalla nebbia della fase oscura, consentendoci di osservarlo.